Wie fertigt man Rack-Verteiler? | Flüssigkeitskühlungs-Verteiler

Mit dem Ausbau von Rechenzentren im Bereich Künstliche Intelligenz (KI), Cloud Computing und High-Performance Computing (HPC) hat sich die Flüssigkeitskühlung als optimale Lösung für die Bewältigung steigender Wärmelasten etabliert. Während Flüssigkeitskühlplatten und Kühlmittelverteilungseinheiten (CDUs) häufig im Fokus der Branche stehen, ist der Rack-Verteiler ebenso wichtig. Er gewährleistet eine stabile Kühlmittelverteilung, ermöglicht Hot-Swap-fähige Serveranschlüsse und unterstützt Rack-Architekturen mit hoher Packungsdichte, wodurch der reibungslose und effiziente Betrieb der gesamten Anlage sichergestellt wird.

Was ist ein Rack-Verteiler?

Ein Rack-Verteiler ist eine präzisionsgefertigte Flüssigkeitsverteilungseinheit zur Wärmeableitung. Durch optimierte hydraulische Führung nutzt er Kühlflüssigkeit, um den Durchfluss effizient auf die einzelnen Server oder Geräte zu verteilen, die Kühlung benötigen. Sein ausgeklügeltes internes Kanalsystem gewährleistet eine gleichmäßige und schnelle Verteilung der Kühlflüssigkeit über alle wärmeabgebenden Einheiten und führt die Wärme effektiv ab, um niedrige und stabile Betriebstemperaturen zu gewährleisten.

Bildquelle: Flex

Vorteile

• Überlegene Wärmeableitung: Durch die Nutzung flüssiger Medien zur Wärmeleitung erreicht das System einen deutlich höheren Wärmeübergangskoeffizienten als luftgekühlte Alternativen.
• Außergewöhnliche Stabilität: Jede Einheit wird in Reinräumen der ISO-Klasse gefertigt und montiert und einer 100%igen Helium-Dichtheitsprüfung unterzogen, um ein Austreten von Flüssigkeiten proaktiv zu verhindern.
• Hohe Skalierbarkeit: Konfigurierbar als Einzel- oder Doppelbank-Verteiler. Einzelbank-Einheiten unterstützen 10–30 kW-Racks mit weniger als 12 Ports; Doppelbank-Einheiten sind für 50–120 kW-Racks mit hoher Dichte und mehr als 16 Ports ausgelegt.
• Vereinfachte Installation und Wartung: Verfügt über eine integrierte automatische Entlüftung für luftdichten Betrieb und unterstützt die Online-Wartung.

Warum ist ein Verteiler wichtig?

Der Rack-Verteiler gewährleistet den optimalen Betrieb von Hochleistungsracks, indem er Kühlmittel präzise dorthin leitet, wo es benötigt wird. Er garantiert gleichbleibende Durchflussraten und thermische Leistung für jedes Gerät und minimiert gleichzeitig den Druckverlust durch parallele Strömungswege.

Die Integration von Schnellkupplungen (QD) ist zentral für den modularen Rackaufbau und die unterbrechungsfreie Verfügbarkeit. Diese Steckverbinder nutzen eine Stecker-Buchse-Architektur, die jeweils mit einer Flüssigkeitsabsperrfunktion ausgestattet ist. Im eingerasteten Zustand wird der Flüssigkeitskreislauf zur Versorgung der Kühlplatte hergestellt; im ausgesteckten Zustand wird der Durchfluss sofort und leckagefrei unterbrochen. Dadurch können Server hinzugefügt, entfernt oder aufgerüstet werden, ohne das gesamte System herunterfahren zu müssen. Diese Synergie mit pumpenbasierten Systemen (z. B. CDUs) optimiert die Raumausnutzung und den Wartungszugang bei gleichzeitig zuverlässiger Flüssigkeitsdynamik.

Materialauswahl für Rack-Verteiler

Rack-Verteiler sind für eine Lebensdauer von 10 bis 25 Jahren ausgelegt und erfordern Materialien, die unter ständiger Belastung physikalische und chemische Stabilität gewährleisten. Die Materialauswahl bestimmt sowohl die strukturelle Integrität als auch das elektrochemische Gleichgewicht des Kühlkreislaufs.

Metallische Materialien

• Edelstahl 304/304L/316L: Der weltweite Maßstab für Krümmer. Edelstahl 304L zeichnet sich durch einen reduzierten Kohlenstoffgehalt aus, der die Karbidbildung beim Schweißen verhindert und somit interkristalline Korrosion ausschließt. 316L Edelstahl Enthält Molybdän, das eine hervorragende Beständigkeit gegen Lochfraßkorrosion in Umgebungen mit hoher Luftfeuchtigkeit oder bei schwankender Kühlmittelqualität bietet.

• Aluminiumlegierung 6061: Geschätzt aufgrund ihres geringen Gewichts und ihrer hohen Wärmeleitfähigkeit. Sie ist jedoch in Stromkreisen mit Kupfer oder Gold sehr anfällig für galvanische Korrosion. Aluminiumverteiler erfordern daher eine Innenanodisierung und hochkonzentrierte Korrosionsinhibitoren im Kühlmittel.

Polymermaterialien

In Umgebungen mit niedrigem Druck oder hoher Empfindlichkeit gegenüber Metallionen kommt PVDF (Polyvinylidenfluorid) zum Einsatz. PVDF ist chemisch inert und verfügt über ultra-glatte Innenwände, die das Wachstum bakterieller Biofilme hemmen. Es erfüllt zudem Brandschutzanforderungen für Rechenzentren wie UL 94 V-0.

Engineering-Anwendungen

Der Verteiler ist die Kernkomponente von Flüssigkeitskühllösungen für Rechenzentren in drei Hauptszenarien:

• Hochleistungsfähige Rechencluster: Entwickelt für große KI-Zentren zur Verteilung der CDU-Leistung an Kühlplatten mit einer Durchflussgenauigkeit von ± 2 %. Diese Präzision verhindert eine lokale Überhitzung von GPUs und CPUs und gewährleistet eine stabile Leistung für Gehäuse mit über 100 kW.
• Edge-Rechenzentrumslösungen: Erfordert leichte, miniaturisierte Verteilerdesigns, die eine hochpräzise Durchfluss- und stabile Druckregelung auf engstem Raum gewährleisten.
• Spezielle Anlagen: Für militärische oder Forschungsumgebungen müssen Verteiler zusätzliche Anforderungen an die Störungsfreiheit und Korrosionsbeständigkeit erfüllen, wobei häufig spezielle Kühlmedien zum Einsatz kommen.

Rack-Verteiler-Fertigung

Die Herstellung von Hightech-Verteilern erfordert hochpräzise Verfahren, um den Strömungswiderstand zu minimieren und absolute Dichtheit zu gewährleisten.

CNC Dienstleister

Der Industriestandard für Präzision. Die Bearbeitungstoleranzen liegen bei 0.05 mm, die Polieranforderungen bei Ra 0.8 μm und bis zu Ra 0.6 μm für höchste Präzisionsanforderungen. Glatte Oberflächen sind für die Druckstabilisierung unerlässlich.

Casting

Ideal für komplexe Verteilergeometrien mit mehreren Gehäusen. Die Gussgenauigkeit beträgt ± 0.1 mm. Die Gussteile müssen frei von Sandeinschlüssen oder Porosität sein, da diese die Dichtungen beeinträchtigen können. Temperm ist zwingend erforderlich, um innere Spannungen abzubauen und die strukturelle Stabilität zu erhöhen.

Vakuumlöten

Das Verfahren wird in einem flussmittelfreien Vakuum durchgeführt, um Oxidation und Verunreinigungen zu vermeiden. Es erzeugt hochfeste, hermetische Verbindungen, die sich für komplexe Strömungswege und Hochdruckumgebungen eignen. Die Toleranzen beim Vakuumlöten liegen bei 0.1 mm.

Oberflächenbehandlung für Rack-Verteiler

Bei Aluminiumverteilern kann durch Anodisieren ein dichter Oxidfilm (5–20 μm dick) mit einer Härte von 300–500 HV erzeugt werden, der das Substrat vor Korrosion schützt.

Bei Edelstahl ist die Passivierung eine chemische Reaktion, die eine passive Schicht (0.1–0.3 μm) bildet. Dadurch verdreifacht sich die Beständigkeit des Materials gegenüber Chloridionenkorrosion, wodurch es sich ideal für Medien wie Glykol oder deionisiertes Wasser eignet.

Durch Elektropolieren werden mikroskopische Oberflächenrauigkeiten mittels elektrochemischer Auflösung entfernt. Dies kann die Korrosionsbeständigkeit im Vergleich zur herkömmlichen Passivierung um mehr als das 30-Fache verbessern und gleichzeitig die Oberflächenrauheit deutlich reduzieren.

Qualitätssicherung und Inspektion

Strenge Prüfungen (100%ige Inspektion) sind obligatorisch, um Ausfälle im Feld zu verhindern:

• Druck und Sicherheit: Ausgelegt für Betriebsdrücke über 100 psi (~6.9 bar). Muss einen statischen Festigkeitstest mit dem Dreifachen des Nenndrucks bestehen.
• Helium-Lecksuche (ASTM E499): Fertigprodukte werden einer 100%igen Helium-Vakuumprüfung unterzogen. Die geringe Molekülgröße von Helium ermöglicht die Erkennung von Mikrorissen und garantiert so absolute Dichtheit über die gesamte Lebensdauer.
• Reinheitskontrolle: Da die Mikrokanäle der Kühlplatte nur wenige hundert Mikrometer breit sind, müssen die Verteiler frei von Schweißschlacke, Metallspänen und Dichtungsverschleißpartikeln sein, um schwerwiegende Systemverstopfungen zu vermeiden.

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